【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及岩石力学与工程，特别涉及一种砂岩微波损伤演化规律多尺度分析方法。
技术介绍
1、煤炭作为我国的主体能源，地下2000m以内的资源储量约为5.9万亿吨，其中地下1000m的占50％以上，经过长期的大规模开采，深部开采已然成为煤炭资源开发的必然选择；现阶段我国采深超千米的煤矿已逾50座，其中山东新泰孙村煤矿采深已达1501m，且千米深井数量和开采深度仍在逐年增加，随着开采深度的增加，岩体重长石、碳酸盐类等硬相或中等相矿物含量占比不断提高，采场岩体强度整体呈非线性增长趋势，这就容易造成在开采过程中机械掘进刀具磨损严重，掘进难度成倍增加。
2、为提升硬岩破碎效率，国内外学者对破岩新方法进行了大量探索，包括激光法、超声波法、水射流法、红外线法、化学法、以及微波破碎法等新型非机具破岩技术，从而提高硬岩破碎效率及降低施工成本；以上方法虽仍不能单独用于大规模破岩作业，但可通过预处理弱化硬岩以降低机械破岩难度，其中微波辅助破岩具有升温迅速、选择性加热、无二次污染、非接触、低耗能、效率高等有点，近年来得到学者们的广泛关注与青睐，被认为是一种有广阔发展前景的辅助破岩手段。
3、因硬岩受微波照射后温度持续升高，无法采用普通技术手段对其进行监测研究，目前多是通过控制作用于硬岩的微波功率和时长，在微波照射完成后再采用单一设备观测其温度、孔裂隙发育特征、加载破碎特征等，试验结果往往受岩石试样间的非均质性影响较大，且研究对象多是针对花岗岩、玄武岩、辉长岩等火山岩，而针对人类地层活动范围内分布较为广泛的坚硬沉积砂岩的研究较少
4、现有的观测研究技术手段多是在硬岩微波弱化完成后，再进行温度、孔裂隙发育特征、加载破碎特征等的研究，其观测手段比较单一，且试验结果受岩石试样间的非均质性影响较大，难以实现对硬岩的微波动态弱化过程进行监测分析。
技术实现思路
1、本专利技术实施例提供一种砂岩微波损伤演化规律多尺度分析方法，能够从多尺度同步而准确地揭示坚硬砂岩的微波弱化机理，进而完善加强微波辅助破岩理论，为微波辅助破岩的工业化应用提供深层次的理论指导。
2、本专利技术实施例提供一种砂岩微波损伤演化规律多尺度分析方法，包括以下步骤：
3、对实验岩石试样进行微波照射，同时采用高温监测设备和摄像记录仪对微波照射过程进行同步记录，获得岩石试样在微波照射下的表面录像数据和表面温度场升温录像数据；对表面录像数据利进行分析，得到经微波照射下的岩石试样的表面裂隙发育机制，对表面温度场升温录像数据进行分析，得到经微波照射下的岩石试样的指标数据；
4、利用核磁共振设备和ct设备对经微波照射后的岩石试样进行扫描，得到经微波照射下的岩石试样的内部裂隙分布情况；
5、对经微波照射后的岩石试样进行加载破碎，利用红外辐射观测系统和声发射观测系统对加载过程中的岩石试样同步观测，获得岩石试样加载期的应力应变参数、温度场演化规律和声发射事件；
6、筛选加载破碎后的部分岩石试样碎块，采用电镜对岩石试样碎块进行扫描，得到岩石试样加载期的内部矿物颗粒的破碎机理；
7、基于得到的微波照射下的岩石试样指标数据、表面裂隙发育机制和内部裂隙分布情况，以及在加载期的应力应变参数、温度场演化规律、声发射事件和其内部矿物颗粒的破碎机理，整合分析得到岩石试样的损伤演化规律。
8、优选地，所述实验岩石试样的获得，包括以下步骤：
9、选取任意岩体制作岩石试样；
10、利用烘干箱烘干岩石试样，并设置温度60℃，持续烘干48h，得到烘干后的岩石试样；
11、通过波速测量设备测试烘干后岩石试样的波速，并去除波速异常的岩石试样，得到用于实验的岩石试样。
12、优选地，所述对实验岩石试样进行微波照射，包括：
13、采用1、2、3、4、5kw功率微波分别对实验岩石试样进行4个不同时长和不同微波照射路径的微波照射，得到不同状态的岩石试样。
14、优选地，所述得到经微波照射下的岩石试样的表面裂隙发育机制，包括以下步骤：
15、基于表面录像数据，获得岩石试样不同时刻的表面裂隙形态图像；
16、再称量获取岩石试样微波照射前后的质量以及微波照射前后的超声波速，计算获得岩石试样的质量损失百分比和波速损失百分比；
17、基于获得的岩石试样不同时刻的表面裂隙形态图像、岩石试样的质量损失百分比和波速损失百分比，分析得到岩石试样的表面裂隙发育机制。
18、优选地，所述得到经微波照射下的岩石试样的指标数据，包括以下步骤：
19、基于表面录像数据，设置在录像中的岩石区域为温度数据输出区域；
20、将温度数据输出区域的录像导出至csv文件格式，利用matlab将csv文件合并至一个温度数据序列；
21、基于温度数据序列，分析岩石试样的表面温度的最大值、最小值、平均值、离散值这些指标数据。
22、优选地，所述得到经微波照射下的岩石试样内部裂隙分布情况，包括以下步骤：
23、对经不同微波照射路径处理的岩石经烘干箱持续烘干24h，再利用核磁共振设备对微波照射后的岩石试样进行照射，得到岩石试样饱和状态下的内部氢元素分布情况；
24、将岩石试样干燥状态下的氢元素分布信号设置为基底信号，并去除饱和状态下岩石试样氢元素信号内包含的基底信号，得到准确的饱和状态下岩石试样的内部氢元素分布信号，再采用反演手段得到岩石试样的孔隙分布情况；
25、利用ct设备对微波照射后的岩石试样进行扫描，对获得的扫描数据进行切片观测和三维重构，分析得到岩石试样的内部裂隙走向；
26、基于得到的岩石试样孔隙分布情况和内部裂隙走向，整合分析得到岩石试样的内部裂隙分布情况。
27、优选地，所述得到岩石试样加载期的内部矿物颗粒的破碎机理，包括以下步骤：
28、筛选不同微波照射处理的岩石试样在加载破碎后的部分碎块，采用电镜对岩石碎块进行扫描，得到岩石碎块的三维结构信息、岩石组成元素信息和岩石表面电子信号分布情况；
29、基于得到的岩石碎块的三维结构信息、岩石组成元素信息和岩石表面电子信号分布情况，分析得到岩石试样加载期的内部矿物颗粒的破碎机理。
30、本专利技术实施例提供一种砂岩微波损伤演化规律多尺度分析方法，与现有技术相比，其有益效果如下：
31、本专利技术先制成岩石试样，并测量及计算获得的岩石试样的质量及尺寸，并利用波速测量设备测试确认岩石试样的波速，去除波速异常的岩石试样，保证了试验结果的准确性，再利用微波照射设备对岩石试样进行不同功率和不同时间的照射，同时记录岩石试样微波照射过程中的数据，并使用软件分析得到岩石试样的表面裂隙发育机制，再采用核磁共振设备和ct设备对微波照射后的岩石试样进行扫描，得到岩石试样的内部裂隙发育机制，可高效准确的从宏观及微观的角度确定岩石本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种砂岩微波损伤演化规律多尺度分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种砂岩微波损伤演化规律多尺度分析方法，其特征在于，所述实验岩石试样的获得，包括以下步骤：
3.根据权利要求1所述的一种砂岩微波损伤演化规律多尺度分析方法，其特征在于，所述对实验岩石试样进行微波照射，包括：
4.根据权利要求1所述的一种砂岩微波损伤演化规律多尺度分析方法，其特征在于，所述得到经微波照射下的岩石试样的表面裂隙发育机制，包括以下步骤：
5.根据权利要求1所述的一种砂岩微波损伤演化规律多尺度分析方法，其特征在于，所述得到经微波照射下的岩石试样的指标数据，包括以下步骤：
6.根据权利要求1所述的一种砂岩微波损伤演化规律多尺度分析方法，其特征在于，所述得到经微波照射下的岩石试样的内部裂隙分布情况，包括以下步骤：
7.根据权利要求1所述的一种砂岩微波损伤演化规律多尺度分析方法，其特征在于，所述得到岩石试样加载期的内部矿物颗粒的破碎机理，包括以下步骤：
【技术特征摘要】
1.一种砂岩微波损伤演化规律多尺度分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种砂岩微波损伤演化规律多尺度分析方法，其特征在于，所述实验岩石试样的获得，包括以下步骤：
3.根据权利要求1所述的一种砂岩微波损伤演化规律多尺度分析方法，其特征在于，所述对实验岩石试样进行微波照射，包括：
4.根据权利要求1所述的一种砂岩微波损伤演化规律多尺度分析方法，其特征在于，所述得到经微波照射下的岩石试样的表面裂隙发育机制，...
【专利技术属性】
技术研发人员：高亚楠，张垚，王云龙，丁峰，邵晓爽，张德飞，孙珍平，唐振伟，周沛然，顾孝先，程易康，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：
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